CN111334344A

CN111334344A - 一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/thf混合燃料

Info

Publication number: CN111334344A
Application number: CN202010209483.1A
Authority: CN
Inventors: 金超; 泰沙; 刘昕; 刘海峰; 耿振龙; 张曦媛
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2020-06-26

Abstract

本发明公开了一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，由以下体积分数的组分组成：乙醇57％～67％棕榈油29％～39％ THF 3％～6％；所得混合燃料稳定且均相，同时体系整体黏度满足传统柴油燃料要求。乙醇的加入可以提高燃烧效率，降低氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放。四氢呋喃的添加可以对棕榈油与乙醇基础体系的十六烷值起到一定程度的改善作用，并且提高燃烧体系整体密度，使燃油喷射过程中的压力波传递更快，从而提高能量发动机输入能力和动力性能。

Description

一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料

技术领域

本发明涉及内燃机可再生替代能源领域，具体涉及一种适用于柴油机的新型混合燃料。

背景技术

棕榈油是由油棕树上的棕榈果压榨而成。棕榈油具有与其它植物油一样的氧化稳定性和挥发性相对较低的优点，但是棕榈油的高粘度与密度成为其作为燃料应用的突出缺陷。因此，长期使用棕榈油会导致发动机耐久性问题，如喷油嘴的结焦、燃料雾化不良、较高的NOx排放以及活塞环的粘附。由于其高粘度的限制，棕榈油作为柴油替代燃料的使用进展缓慢。

目前，国内外棕榈油生物柴油加工技术研究显示目前应用棕榈油制备生物柴油的方法主要有，一是用浓硫酸将棕榈油预酯化，再以氢氧化钾为催化剂进行酯交换反应。二是采用镁铝水滑石固体碱催化酯交换棕榈油制备生物柴油。三是以棕榈油为原料油，通过甲醇酯交换一步反应制备生物柴油。参考{李彦.新兴柴油替代品——棕榈油甲酯作为生物柴油[J].中国林业产业,2017(03):58-59.}比如，叶微通过加入液体催化剂[HSO_3-BMIM]HSO₄，并采用微波强化的方法，提高了棕榈油和甲醇酯交换反应的速率，并提高了反应产率。在醇油摩尔比为11:1，催化剂用量9.17％，微波功率为168W的条件下，反应时间6.43h，生物柴油收率为98.93％。参考{叶微.微波强化转酯化制备生物柴油的研究[D].天津大学,2017.}

但上述燃料生产方式依旧依赖与制备生物柴油。在此制备过程中会造成一定的能量损失且制备步骤繁琐。现有方法不能避免因转酯化反应造成的燃料制备过程中的原料油损耗，且在制备生物柴油的反应过程中也需要消耗相应的催化剂。为了避免这类损耗，寻求直接应用生物柴油原料油的方法是十分必要的。

由于乙醇具有较低的密度和粘度，较高的蒸发潜热和低热值，因此添加乙醇可以降低棕榈油燃料体系的密度与粘度以及燃烧温度，从而减少氮氧化物排放。然而，由于乙醇的十六烷值相对较低，将棕榈油与乙醇混合会降低十六烷值且二者的互溶能力并不显著。四氢呋喃(THF)具有与传统燃料相似的CO、NO和功率输出，已经被广泛应用于混合燃料体系中。作为一种十六烷值改进剂,THF同时具有较低的粘度的密度特性，可以很好的满足我们降低燃料体系密度与粘度，并且提高体系十六烷值的需求。且四氢呋喃自身含氧，有利于进一步降低排放。但目前针对于含THF混合燃料的研究还仅局限于生物柴油及柴油领域，还未有将之应用于棕榈油/乙醇燃料体系的相关报道。

目前未见到棕榈油/乙醇/THF混合燃料的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种有利于降低CO、HC、PM排放的适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料。

本发明的一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，由以下体积分数的组分组成：

乙醇57％～67％棕榈油29％～39％THF 3％～6％；

所述棕榈油为市售24度棕榈油；

所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％；

所述THF质量百分比浓度大于等于99.0％。

本发明提供的适用于柴油机的新型混合燃料具有以下优点：

1、将四氢呋喃THF加入棕榈油、乙醇两组分燃料中，配制成棕榈油/乙醇/四氢呋喃三种燃料混合的新型混合燃料。四氢呋喃作为助溶剂能有效解决棕榈油/乙醇不完全互溶问题。四氢呋喃燃料较高的含氧量使柴油机的碳烟、一氧化碳、碳氢化合物排放明显降低，且四氢呋喃作为可再生能源，原料来源十分广泛，一定程度上降低对石油资源的依赖。

2、乙醇与棕榈油混合燃料作为可再生能源，其使用能一定程度上解决对石油基燃料资源的过度依赖。二者的高挥发性能够促进着火前的油气混合过程，低粘度能够降低棕榈油作为燃料过高的粘度，且乙醇自身也含氧，有利于降低排放。

3、该燃料粘度、密度以及十六烷值与传统柴油燃料更为接近，是柴油机新型替代燃料。

附图说明

图1为在40℃下不同比例的棕榈油/乙醇/THF的互溶情况。

具体实施方式

以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，由以下体积分数的组分组成：

乙醇57％～67％棕榈油29％～39％THF 3％～6％。

所述棕榈油为市售24度棕榈油，符合棕榈油GB/T 15680-2009。

所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％。

所述THF质量百分比浓度大于等于99.0％。

优选的各组分含量为：乙醇57％，棕榈油37％，THF 6％。在此配比下，体系整体粘度满足传统柴油燃料要求，但整体密度相对较高，使燃油喷射过程中的压力波传递更快，从而提高能量发动机输入能力和动力性能。

优选的各组分含量为：乙醇58％，棕榈油39％，THF 3％。在此配比下，整个燃料体系中乙醇比例适中，THF的比例适中，有利于体系整体十六烷值的提高，进而提升发动机燃烧稳定性及效率。

优选的各组分含量为：乙醇67％，棕榈油29％，THF 4％。在此配比下，整个燃料体系因乙醇比例较高，具有较高的含氧量，从而有利于降低柴油机燃烧过程中的烟气排放。

本发明燃料的制备方法包括以下步骤：按照体积配比量取各成分，先将乙醇加入棕榈油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将THF加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。本混合燃料推荐在30℃-60℃的温度范围下进行掺混。

本发明提供的含乙醇的新型混合燃料的运动粘度为2.4-3.8mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围2.0-4.5mm²/s。

本发明提供的新型混合燃料，棕榈油/乙醇/THF具有良好的互溶性，所得混合燃料长期存放无分层。

在40℃下，当乙醇掺混比例在10％-90％之间，无法实现棕榈油与乙醇互溶。但从图1可以看出，通过滴定THF能实现低碳醇与棕榈油体系的互溶。

显然，棕榈油/乙醇/THF的各自比例需满足互溶的原则。

实施例1

乙醇28.5L，棕榈油18.5L，THF 3L。

所述棕榈油为市售24度棕榈油。

所述乙醇质量百分比浓度99.5％。

所述THF质量百分比浓度为99.0％。

配置方法：先将乙醇加入棕榈油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将THF加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。

经测试：运动粘度为3.66mm²/s，满足柴油机使用要求。

实施例2

乙醇29L，棕榈油19.5L，THF 1.5L。

所述棕榈油为市售24度棕榈油。

所述乙醇质量百分比浓度99.5％。

所述THF质量百分比浓度为99.0％。

配置方法同实施例1

经测试：运动粘度为3.80mm²/s，满足柴油机使用要求。

实施例3

乙醇33.5L，棕榈油14.5L，THF 2L。

所述棕榈油为市售24度棕榈油。

所述乙醇质量百分比浓度99.5％。

所述THF质量百分比浓度为99.0％。

配置方法同实施例1

经测试：运动粘度为2.40mm²/s，满足柴油机使用要求。

将实施例1-3中三种不同比例的混合燃料进行运动粘度测定，结果表明本发明提供的新型混合燃料在乙醇的低、中、高比例下，调和剂THF的添加量呈现出中间高两端低的趋势，所获得的混合燃料的粘度随乙醇比例的提高呈现出单调递减的趋势且得到显著改善。在加入调和剂THF之后燃料体系的粘度变化程度幅度为90.6～94.0％，且在棕榈油含量较高的体系下，粘度改善的更为明显。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，其特征在于由以下体积分数的成分组成：

乙醇57％～67％棕榈油29％～39％THF 3％～6％

所述棕榈油为市售一级24度棕榈油；

所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％；

所述THF质量百分比浓度大于等于99.0％。

2.根据权利要求1所述的适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：乙醇57％、棕榈油37％、THF 6％。

3.根据权利要求1所述的适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：乙醇58％、棕榈油39％、THF 3％。

4.根据权利要求1所述的适用于柴油机的棕榈油/乙醇/THF混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：乙醇67％、棕榈油29％、THF 4％。